ポンプのキャビテーションを検出する方法

ポンプはほとんどの工業プロセスの中心であり、世界で 2 番目に一般的な機械 (電気モーターに次いで) です。 ポンプは非常に一般的であるため、生産性向上の潜在的な源として、または適切に操作しない場合は過剰なコストの原因として見落とされることがよくあります。

他のマシンと同様に、いくつかの問題が発生する可能性があります。 ポンプ システムにおける一般的な問題は、ポンプのキャビテーションです。 ポンプのキャビテーションは、ポンプ自体に重大な損傷を与えるだけでなく、過剰な騒音、振動、エネルギー消費など、多くの問題を引き起こします。

水道ホースをつまむと、水がより早く出てきますが、空気を含ませて広がります。 それがポンプのキャビテーションで起こることです。 流入する液体の圧力が液体の蒸気圧より低くなったときに発生する物理現象です。 圧力の低下は通常、流体の速度が増加することによって引き起こされます。 インペラーブレードの後側 (ポンプ吸入口の反対側) の流体圧力が流体の蒸発点を下回ると、蒸気の泡が形成され始めます。 気泡/キャビティがポンプの吐出側に移動し、高圧領域に移動すると、キャビティが崩壊します。 これらの気泡の内破または崩壊はポンプ内部で激しい衝撃波を引き起こし、インペラの損傷、振動、過剰な騒音を引き起こします。

これらの衝撃波はインペラとポンプに機械的損傷を引き起こす可能性があり、時間の経過とともに深刻さが増し、ポンプの故障につながる可能性があります。 蒸気泡の圧縮度に影響を与える要因は、羽根車の速度と形状です。

より高温の液体を扱う場合、蒸気圧が上昇するため、この発生のリスクが高まります。

ポンプのキャビテーションとデッドヘッドは似た概念ですが、同じものではありません。

吐出バルブが閉じているか、ラインが詰まっているため、ポンプがポンプを通過する流れがない状態で動作すると、デッドヘッドが発生します。 ポンプは同じ水を再循環させるため、水温が継続的に上昇します。 ポンプがデッドヘッド状態で長時間動作し続けると、過剰な加熱により高価なシールが損傷し、ポンプの寿命が短くなる可能性があります。

遠心ポンプのデッドヘッディングは、ポンプ内の液体にエネルギーが注入されるため、爆発を引き起こす可能性があります。 圧力の過剰な作用によって、油圧の過圧やポンプ内での化学反応が発生する可能性もあります。 ポンプを長時間空運転すると同様の結果が発生し、キャビテーションが発生する可能性があります。

デッドヘッドとは、流出バルブが開いているため、ポンプが同じ液体を繰り返し循環し続けることを意味します。これにより、液体が熱くなりすぎてポンプ モーターが損傷する可能性があります。 低電力保護機能がこの状態を検出し、トリップしてモーターを保護します。

キャビテーションは、低電力保護がそれを検出し、トリップしてモーターも保護するという点で似ています。 しかし、この状態はポンプが空になっていて、汲み上げる液体がないことを意味します。 それもモーターの過熱の原因となります。

ポンプのキャビテーションに対処するときは、ポンプのキャビテーションを検出、監視、防止する技術や手法が利用できることに注意してください。

キャビテーションによる損傷は、ポンプ インペラ、メカニカル シール、ベアリング、および場合によってはその他のポンプ コンポーネントの寿命を縮める可能性があります。 言い換えれば、平均故障間隔 (MTBF) が短縮され、メンテナンスコストとポンプのダウンタイムが増加します。

ポンプのキャビテーションを識別する最も一般的な方法は、音または振動によるものです。 これが発生すると、パチパチというような音が聞こえます。 蒸気泡の破裂により、ポンプの振動が増加し、これも観察されます。

ポンプのキャビテーションを特定する他の方法は、船外機の温度または電力の検出です。 ポンプのキャビテーションは、ポンプ自体が動作している間、汲み上げる液体がほとんど、またはまったくないことを意味します。 この方法でポンプによる乾燥を行うと、蒸気圧が上昇してモーターが過熱し、モーターの寿命が短くなり、インペラやポンプ自体に損傷を与える可能性があります。

あるいは、キャビテーションが発生しているポンプの船外機に低電力イベントが発生する可能性があります。

イベントが特定されたら、圧力低下の原因を特定し、修正することが重要です。 ほとんどの場合、吸入配管を簡素化し、できるだけ多くの曲がりやバルブを取り除くことで問題を解決できます。

将来のキャビテーションの発生を回避するために、定期的なメンテナンスを実行できます。 推奨されるメンテナンスには、配管につながるフィルターとストレーナーの定期的な確認と清掃が含まれます。

ほとんどの産業では、大型で非常に複雑なポンプが使用されています。 これらの重要なポンプに障害が発生すると、損傷による機器の交換コストを除いて、運用コストだけで 1 日あたり 20 万ドルを超えるダウンタイムコストが発生する可能性があります。 したがって、ユーザーはこれらのポンプを注意深く監視する傾向があります。 キャビテーションはポンプを破裂させ、重大な安全上のリスクを引き起こす可能性があるため、ユーザーはキャビテーションを予測して防止できる信頼性の高いソリューションを常に求めています。

蒸気泡の破裂による衝撃波が続くと、船外機の温度が上昇します。 モーター管理リレーは温度しきい値を監視し、温度しきい値に基づいてトリップします。 保護は、モーターに電力を供給する入力電源から個々のポンプまたは負荷まで多岐にわたります。 モーター管理リレーは、アップタイムを最大化しながら、高レベルの監視精度と電力システム全体の電力保護を提供します。

ベン・フランクリンの言葉を常に聞いてください。「1 オンスの予防は 1 ポンドの治療に匹敵します。」

キャビテーションを防止することで、ユーザーはポンプの効率と寿命を延ばすことができます。 予防には時間をかける価値があるので、時間をかけて徹底的なメンテナンス プログラムを実行することが、長期的にはユーザーを救うことにつながることを忘れないでください。

Asma Motlani は、Eaton の産業制御部門、NEMA 電力制御の製品マネージャーです。 詳細については、eaton.com をご覧ください。